CN108375647A - 一种钛合金腐蚀槽液化学分析方法 - Google Patents

一种钛合金腐蚀槽液化学分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钛合金腐蚀槽液的化学分析方法。在pH＝6.5的六次甲基四胺缓冲溶液中，所有的氟离子与硝酸镧标准溶液定量反应，测得总氢氟酸浓度；在pH＝6～8的中性溶液中，游离的氟离子与硝酸镧标准溶液定量反应，测得游离氢氟酸浓度；通过总氢氟酸浓度与游离氢氟酸浓度的差值以及从实验中推导出的钛离子换算经验系数，计算钛离子浓度。本发明的有益效果：(1)采用一种化学分析方法同时测定钛合金腐蚀槽液中三种化学成分的含量，操作简便，分析效率高；(2)该化学分析方法为一种绿色环保的分析方法；(3)该方法测得钛合金腐蚀槽液中总氢氟酸浓度的平均误差在2％以内，钛离子浓度的平均误差在6％以内，可满足企业生产控制要求。

Description

一种钛合金腐蚀槽液化学分析方法
技术领域
本发明涉及一种槽液的化学分析方法，尤其涉及一种钛合金腐蚀槽液的化学分析方法。
背景技术
钛合金作为一种高强度、低比重、抗断裂、耐蚀性好的金属，在航空航天工业领域得到广泛应用。但是其切屑加工性能不好，钛及钛合金热导率小，切屑加工时产生的热量不易散失，积蓄在刀件和工件上使刀具磨损很快，加工较大余量时易烧蚀，特别是对于薄壁、外形复杂的零件，常常采用化学铣切方法代替常规的机械加工。化铣工艺是通过与一种有效的化学试剂相接触，使金属材料均匀溶解，从而达到加工零件的目的。
钛合金化铣槽液通常由腐蚀剂、氧化剂及添加剂组成。通常选用HF作为腐蚀剂，HNO3作为氧化剂，添加剂一般使用尿素、非离子表面活性剂等。化铣过程中钛离子逐渐增加，钛离子含量的高低也直接影响着化铣后零件的平整度以及表面粗糙度。在生产过程当中，需要定期对槽液中各主要成分的含量进行分析，适时调整槽液以保证合适的化铣速度及表面粗糙度。
生产中通常通过酸碱滴定法测定总酸度，然后使用一种方法测定其中的氢氟酸浓度，通过总酸度与氢氟酸浓度差减法得到硝酸浓度，方法的重点在于氢氟酸浓度的测定。目前使用硝酸钍络合滴定法测定氢氟酸浓度，该方法具有放射性污染，体系中的钛离子对于终点判断的干扰明显，试验结果误差较大。文献报道使用硝酸镧沉淀氟离子，然后返滴定测定过量的硝酸镧的方法，操作繁琐，且同样存在钛离子对于终点干扰明显的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时测定钛合金腐蚀槽液中总氢氟酸浓度、游离氢氟酸浓度以及钛离子浓度的绿色无污染的化学分析方法，以满足生产过程中槽液浓度控制的要求。
本发明的原理是：在pH＝6.5的六次甲基四胺缓冲溶液中，所有的氟离子与硝酸镧标准溶液定量反应，测得总氢氟酸浓度；在pH＝6～8的中性溶液中，游离的氟离子与硝酸镧标准溶液定量反应，测得游离氢氟酸浓度；通过总氢氟酸浓度与游离氢氟酸浓度的差值以及从实验中推导出的钛离子换算经验系数计算钛离子浓度。
本发明的技术方案：
一种钛合金腐蚀槽液化学分析方法，步骤如下：
第一步，硝酸镧标准溶液的标定
(1)向5mL浓度为0.1mol/L的氟化钠标准溶液中，加入10mL六次甲基四胺缓冲溶液，加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V1，按下式计算硝酸镧标准溶液浓度1c1，该浓度用于总氢氟酸浓度的计算；
c1＝5.00×0.1000/V1(1)
(2)将5mL浓度为0.1mol/L的氟化钠标准溶液加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V2，按下式计算硝酸镧标准溶液浓度2c2，该浓度用于游离氢氟酸浓度的计算；
c2＝5.00×0.1000/V2(2)
第二步，样品测试
(1)待测稀释液的制备
向5mL初始槽液中加入50mL的水，用氢氧化钠溶液调节pH值为6～8，摇匀；
(2)总氢氟酸浓度的测定
向5mL待测稀释液中，加入10mL六次甲基四胺缓冲溶液，加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V3，总氢氟酸浓度按下式计算：
ρ(总HF)＝20×c1×V3/0.25(3)
式中：c1为硝酸镧标准溶液浓度1，mol/L；V3为硝酸镧标准溶液消耗体积，mL；
(3)游离氢氟酸浓度的测定
向1mL～5mL待测稀释液中，加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V4，游离氢氟酸浓度按下式计算：
ρ(游离HF)＝20×c2×V4/(5×V0/100)(4)
式中：c2为硝酸镧标准溶液浓度2，mol/L；V4为硝酸镧标准溶液消耗体积，mL；V0为分取的稀释液体积，mL；
(4)钛离子浓度的测定
通过总氢氟酸浓度与游离氢氟酸浓度的差值乘以钛离子含量的换算经验系数，计算槽液中钛离子含量；其中，换算经验系数为1.05；
钛离子浓度按下式计算：
ρ(Ti)＝1.05×[ρ(总HF)-ρ(游离HF)](5)。
本发明的有益效果：(1)采用一种化学分析方法同时测定钛合金腐蚀槽液中三种化学成分的含量，操作简便，分析效率高；(2)该化学分析方法为一种绿色环保的分析方法；(3)该方法测得钛合金腐蚀槽液中总氢氟酸浓度的平均误差在2％以内，钛离子浓度的平均误差在6％以内，可满足企业生产控制要求。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
(一)试剂及仪器
(1)自动电位滴定仪，配备氟离子选择电极和参比电极。
(2)氢氧化钠溶液：100g/L。
(3)六次甲基四胺缓冲溶液：将140g分析纯级六次甲基四胺溶解于约800mL去离子水中，用10％的盐酸溶液调节pH为6.5±0.1，用去离子水稀释至1000mL。
(4)氟化钠标准溶液：0.1000mol/L，准确称取2.0994g优级纯氟化钠溶于水，转移至500mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。
(5)硝酸镧标准溶液：c[1/3La(NO3)3]＝0.05mol/L，称取7.22g分析纯级水合硝酸镧溶解于水中，移入1000mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。
(二)硝酸镧标准溶液的标定
(1)移取5.00mL浓度为0.1000mol/L的氟化钠标准溶液，置于150mL塑料烧杯中，加入10mL六次甲基四胺缓冲溶液，加水稀释至60mL，加入四氟搅拌转子开启搅拌，插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点,体积记为V1(mL)，按下式计算硝酸镧标准溶液浓度c1(mol/L)，该浓度用于总氢氟酸浓度的计算。
c1＝5.00×0.1000/V1………………①
(2)移取5.00mL浓度为0.1000mol/L的氟化钠标准溶液，置于150mL塑料烧杯中，加水稀释至60mL，加入四氟搅拌转子开启搅拌，插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V2(mL)，按下式计算硝酸镧标准溶液浓度c2(mol/L)，该浓度用于游离氢氟酸浓度的计算。
c2＝5.00×0.1000/V2………………②
(三)样品测试
(1)待测稀释液的制备
移取5.00mL初始槽液置于100mL塑料容量瓶中，加水50mL，用100g/L的氢氧化钠溶液调节pH值为6～8，稀释至刻度，摇匀。
(2)总氢氟酸浓度的测定
移取5mL稀释液，置于150mL塑料烧杯中，加入10mL六次甲基四胺缓冲溶液，加水稀释至60mL，加入四氟搅拌转子开启搅拌，插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V3(mL)，总氢氟酸浓度(g/L)按下式计算：
ρ(总HF)＝20×c1×V3/0.25………………③
式中：c1——硝酸镧标准溶液浓度1，mol/L；
V3——硝酸镧标准溶液消耗体积，mL。
(3)游离氢氟酸浓度的测定
移取1mL～5mL稀释液，置于150mL塑料烧杯中，加水稀释至60mL，加入四氟搅拌转子开启搅拌，插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V4(mL)，游离氢氟酸浓度(g/L)按下式计算：
ρ(游离HF)＝20×c2×V4/(5×V0/100)………………④
式中：c2——硝酸镧标准溶液浓度2，mol/L；
V4——硝酸镧标准溶液消耗体积，mL；
V0——分取的稀释液体积，mL。
(4)钛离子浓度的测定
通过总氢氟酸浓度与游离氢氟酸浓度的差值乘以钛离子含量的换算经验系数计算槽液中钛离子含量，其中换算经验系数为1.05。
钛离子浓度(g/L)按下式计算：
ρ(Ti)＝1.05×[ρ(总HF)-ρ(游离HF)]………………⑤
实施例
准确配制已知总氢氟酸浓度和钛离子浓度的标准槽液，按照上述方法进行测定。
实施例1
已知槽液中总氢氟酸浓度为27.5g/L,钛离子浓度为4.5g/L。吸取5.00mL稀释液按本发明提供的方法进行总氢氟酸浓度、游离氢氟酸浓度以及钛离子浓度的测定，平行测定3次，总氢氟酸浓度的测定结果分别为27.6g/L,27.9g/L,27.6g/L,平均值为27.7g/L，相对误差为0.73％；游离氢氟酸浓度测定结果分别为23.0g/L,23.2g/L和23.4g/L,平均值为23.2g/L；计算得到钛离子浓度为4.7g/L，相对误差为4.4％。
实施例2
已知槽液中总氢氟酸浓度为45.8g/L，钛离子浓度为5.0g/L。吸取5.00mL稀释液按本发明提供的方法进行总氢氟酸浓度、游离氢氟酸浓度以及钛离子浓度的测定，平行测定3次，总氢氟酸浓度的测定结果分别为45.7g/L,45.8g/L,46.0g/L,平均值为45.8g/L，相对误差为0％；游离氢氟酸浓度测定结果分别为41.0g/L,41.3g/L和41.5g/L,平均值为41.3g/L；计算得到钛离子浓度为4.7g/L，相对误差为-6.0％。
实施例3
已知槽液中总氢氟酸浓度为64.1g/L，钛离子浓度为8.6g/L。吸取5.00mL稀释液按本发明提供的方法进行总氢氟酸浓度测定，平行测定3次，总氢氟酸浓度的测定结果分别为63.9g/L,64.4g/L,63.8g/L,平均值为64.0g/L，相对误差为-0.16％；吸取2.50mL稀释液测定游离氢氟酸浓度，平行测定3次，游离氢氟酸浓度测定结果分别为56.5g/L,55.6g/L和55.8g/L,平均值为56.0g/L；计算得到钛离子浓度为8.4g/L，相对误差为2.3％。

Claims (1)

1.一种钛合金腐蚀槽液化学分析方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，硝酸镧标准溶液的标定
(1)向5mL浓度为0.1mol/L的氟化钠标准溶液中，加入10mL六次甲基四胺缓冲溶液，加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V1，按下式计算硝酸镧标准溶液浓度1c1，该浓度用于总氢氟酸浓度的计算；
c1＝5.00×0.1000/V1 (1)
(2)将5mL浓度为0.1mol/L的氟化钠标准溶液加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V2，按下式计算硝酸镧标准溶液浓度2c2，该浓度用于游离氢氟酸浓度的计算；
c2＝5.00×0.1000/V2 (2)
第二步，样品测试
(1)待测稀释液的制备
向5mL初始槽液中加入50mL的水，用氢氧化钠溶液调节pH值为6～8，摇匀；
(2)总氢氟酸浓度的测定
向5mL待测稀释液中，加入10mL六次甲基四胺缓冲溶液，加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V3，总氢氟酸浓度按下式计算：
ρ(总HF)＝20×c1×V3/0.25 (3)
式中：c1为硝酸镧标准溶液浓度1，mol/L；V3为硝酸镧标准溶液消耗体积，mL；
(3)游离氢氟酸浓度的测定
向1mL～5mL待测稀释液中，加水稀释至60mL，搅拌；插入参比电极和氟离子选择电极，以硝酸镧标准溶液，采用自动电位滴定法滴定至电位突越点，体积记为V4，游离氢氟酸浓度按下式计算：
ρ(游离HF)＝20×c2×V4/(5×V0/100) (4)
式中：c2为硝酸镧标准溶液浓度2，mol/L；V4为硝酸镧标准溶液消耗体积，mL；V0为分取的稀释液体积，mL；
(4)钛离子浓度的测定
通过总氢氟酸浓度与游离氢氟酸浓度的差值乘以钛离子含量的换算经验系数，计算槽液中钛离子含量；其中，换算经验系数为1.05；
钛离子浓度按下式计算：
ρ(Ti)＝1.05×[ρ(总HF)-ρ(游离HF)] (5)。
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